【手続補正書】
【提出日】平成18年2月7日(2006.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  光ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクの情報記録面に対向して配設された対物レンズを通じて前記光ディスクの情報記録面に光を照射し、前記光ディスク上に光スポットを形成する送光手段と、前記光ディスクにより反射された光を前記対物レンズを通じて受光し電気信号に変換して出力する受光手段とを有する光ヘッドにおいて、
前記対物レンズは、前記受光手段が出力する前記電気信号に基づいて前記光ディスクとの間の距離が制御され、
前記送光手段は、前記光ディスク上に形成された第１の情報記録帯とその両側に形成された第２及び第３の情報記録帯上にそれぞれ光スポットを形成し、
前記受光手段は、前記第１乃至第３の情報記録帯上に形成された前記光スポットの反射光をそれぞれ受光する第１乃至第３のフォトディテクタを備え、
さらに、前記第１乃至第３のフォトディテクタがそれぞれ出力する信号により各光スポットのフォーカス誤差をそれぞれ算出する第１乃至第３の誤差算出手段と、前記第１乃至第３の誤差算出手段がそれぞれ算出した前記フォーカス誤差を総合してフォーカス誤差を算出する第４の誤差算出手段とを備え、前記第４の誤差算出手段が算出した前記フォーカス誤差に基づいて前記対物レンズと前記光ディスクとの間の距離が制御されることを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
前記第１乃至第３のフォトディテクタは、それぞれ受光面が４分割されて各部分受光面ごとに受光部が設けられ、各受光部は、受光面上の１点を囲んで配設させてなり、
前記第１乃至第３の誤差算出手段はそれぞれ第１及び第２の加算手段と減算手段を備え、
前記第１の加算手段は、前記フォトディテクタを構成する４つの前記受光部のうち、前記１点を中心にして点対称の位置にある２つの前記受光部の出力信号を加算し、
前記第２の加算手段は、前記フォトディテクタを構成する４つの前記受光部のうち、前記１点を中心にして点対称の位置にある他の２つの前記受光部の出力信号を加算し、
前記減算手段は前記第１及び第２の加算手段の加算結果の差を算出し、
前記第４の誤差算出手段は、前記第２及び第３の誤差算出手段の前記減算手段による演算結果を加算し、さらに定数を乗じた上で、前記第１の誤差算出手段の前記減算手段による演算結果と加算し、結果を前記フォーカス誤差とすることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】
前記第１の情報記録帯は前記光ディスク上に形成されたランド又はグルーブであり、前記第２及び第３の情報記録帯は前記光ディスク上に形成されたグルーブ又はランドであることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項４】
前記第１乃至第３のフォトディテクタは、互いに近接して一列に配列されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項５】
前記第１乃至第３のフォトディテクタは、フォトトランジスタにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項６】
前記グルーブの深さは、前記送光手段が照射する光の波長の約１／６に等しいことを特徴とする請求項３記載の光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクに情報を記録したり、光ディスクから情報を再生するために光ディスクに光を照射し、また光ディスクからの反射光を受光する光ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクに情報を記録したり、光ディスクから情報を再生する光ディスク装置（光磁気ディスク装置も含む）では、光ヘッドを用いて光を光ディスクに照射し、また光ディスクからの反射光を受光して情報の記録再生を行う。ここで、正確かつ安定に情報の記録再生を行うためには、送受光装置が光を照射して光ディスク上に形成される光スポットは、できるだけフォーカスの合ったシャープなものである必要があり、また、光ディスクからの反射光の受光においても、できるだけフォーカスの合ったシャープな光スポット像が受光面に形成される必要がある。
【０００３】
そのため、光ヘッドを構成する対物レンズに対して、対物レンズから光ディスクの情報記録面までの距離が常に最良のフォーカス状態が得られる距離となるようにサーボ制御が行われている。このフォーカスサーボ制御を行うためには、まずフォーカスの誤差を把握する必要があり、これには非点収差法、フーコー法、ナイフエッジ法などを用いることができるが、非点収差法は、調整が簡単で、かつ小型化に適しているため、もっとも広く用いられている。
【０００４】
図５は非点収差法によりフォーカスサーボ制御を行う送受光装置を構成する光学系の一例を示す構成図である。送光手段を構成する半導体レーザ１０２が発した光は、コリメータレンズ１０４、回折格子１０６を経て偏向ビームスプリッタ１０８に入射し、偏向ビームスプリッタ１０８を通過した後、１／４波長板体１１０及び対物レンズ１１２を介し光ディスク１１４の情報記録面１１６に入射し、この情報記録面１１６上に光スポットを形成する。
【０００５】
この光スポットの反射光は、逆の経路で対物レンズ１１２及び１／４波長板体１１０を通じて偏向ビームスプリッタ１０８に入射し、ここで直角に進路を変えて集光レンズ１１８に入射する。反射光はさらに、円筒レンズ１２０を通じてフォトディテクタ１１９の受光面に結像する。フォトディテクタ１１９は、受光した光の強さに対応する大きさの電気信号を出力する。フォトディテクタ１１９の受光面は４分割され、各面ごとに受光部が設けられ、各受光部で検出された光の強さの違いに基づいてフォーカス誤差を表す信号が生成される。
【０００６】
ところで、最近では記録密度をさらに高めるために、光ディスク１１４のランドとグルーブの両方に情報を記録する方式が試みられている。この方式では近接したトラック間のクロストークを軽減するため、グルーブの深さは、ランドに対して使用する光の波長の１／６分深く設定される。このようにランドとグルーブとの間に高さの差が存在すると、光スポットをランド上に形成し、その反射光を検出して生成したフォーカス誤差信号と、光スポットをグルーブ上に形成し、その反射光を検出して生成したフォーカス誤差信号とは異なったものとなる。
【０００７】
図６はランド及びグルーブ上に光スポットを形成して生成したフォーカス誤差信号の大きさを示すグラフである。図中、曲線１２２は、光ディスク１１４上の凹凸のないミラー部からの反射光により生成したフォーカス誤差信号の大きさを示し、曲線１２４、１２６は、それぞれランド及びグルーブからの反射光により生成したフォーカス誤差信号の大きさを示している。
【０００８】
また、横軸は光ディスク１１４の情報記録面１１６と対物レンズ１１２との間の距離ｚ（μｍ）を表し、縦軸はフォーカス誤差信号の大きさを表している。なお、距離ｚは、ミラー部に対して最良のフォーカス状態が得られる距離を基準にし、その基準距離からの差の距離を表している。また、縦軸のフォーカス誤差信号の大きさは、ミラー部に対して最良のフォーカス状態が得られた場合の、フォーカス誤差信号の大きさを基準にし、その基準振幅からの差を表している。
【０００９】
図６から分かるように、曲線１２４、１２６は上下方向で相互にずれており、したがってランド及びグルーブに対するフォーカス誤差信号の大きさには相互にオフセットが存在している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このようなオフセットが存在すると、光ヘッド（上記光学系全体）をシークさせるときなど、トラックに対するサーボ、すなわちトラッキングサーボが解除されて光スポットがランドやグルーブを横断して移動する際に、フォーカス誤差信号は大きく変化する。その結果、フォーカスサーボの安定性に悪影響が生じ、最悪の場合にはサーボ制御の許容範囲を外れてフォーカスサーボが不可能になってしまう。また、フォーカス誤差信号が大きく変化することから、フォーカスサーボのために対物レンズ１１２を駆動するアクチュエータ（図示せず）に過電流が流れ、対物レンズ１１２に過大な力が加わって対物レンズ１１２の収差特性が悪化する可能性があると共にアクチュエータのコイルが破壊される虞もある。
【００１１】
さらに、ランド及びグルーブに対する２つのフォーカス誤差信号の振幅変化にも差が生じ、図６において曲線１２４、１２６のｚ＝０近辺での傾きが微妙に異なったものと成り易い。したがって、ランドからの反射光でフォーカスサーボを行う場合と、グルーブからの反射光でフォーカスサーボを行う場合とで、フォーカスサーボ制御におけるループゲインを変える必要がある。
【００１２】
このようなループゲインの調整は、アナログサーボを行う場合はループゲインを決める回路部分がランド用とグルーブ用の２系統必要になり、コストアップとなる。一方、デジタル的にサーボ制御を行う場合にはゲイン調整を行う分、信号処理に時間がかかることになり、シークタイムの増大を招いて、情報の記録再生時間の点で不利となる。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、光ディスク上における光スポットの照射位置が変わっても常に安定にフォーカス誤差を取得できる光ヘッドを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、光ディスクの情報記録面に対向して配設された対物レンズを通じて前記光ディスクの情報記録面に光を照射し、前記光ディスク上に光スポットを形成する送光手段と、前記光ディスクにより反射された光を前記対物レンズを通じて受光し電気信号に変換して出力する受光手段とを有する光ヘッドにおいて、前記対物レンズは、前記受光手段が出力する前記電気信号に基づいて前記光ディスクとの間の距離が制御され、前記送光手段は、前記光ディスク上に形成された第１の情報記録帯とその両側に形成された第２及び第３の情報記録帯上にそれぞれ光スポットを形成し、前記受光手段は、前記第１乃至第３の情報記録帯上に形成された前記光スポットの反射光をそれぞれ受光する第１乃至第３のフォトディテクタを備え、さらに、前記第１乃至第３のフォトディテクタがそれぞれ出力する信号により各光スポットのフォーカス誤差をそれぞれ算出する第１乃至第３の誤差算出手段と、前記第１乃至第３の誤差算出手段がそれぞれ算出した前記フォーカス誤差を総合してフォーカス誤差を算出する第４の誤差算出手段とを備え、前記第４の誤差算出手段が算出した前記フォーカス誤差に基づいて前記対物レンズと前記光ディスクとの間の距離が制御されるようにしたものである。
【００１５】
本発明に係る光ヘッドにおいて、第１乃至第３の誤差算出手段は、第１乃至第３のフォトディテクタがそれぞれ出力する信号により各光スポットのフォーカス誤差を算出し、第４の誤差算出手段は、第１乃至第３の誤差算出手段がそれぞれ算出したフォーカス誤差を総合してフォーカス誤差を算出する。そして、対物レンズと光ディスクとの間の距離は、第４の誤差算出手段が算出したフォーカス誤差に基づいて制御される。このように、本発明では、最終的なフォーカス誤差は、従来のように単一の情報記録帯からの反射光により求めるのではなく、第１の情報記録帯からの反射光と、その両側の第２及び第３の情報記録帯からの反射光に基づいて算出される。したがって、第１の情報記録帯と第２及び第３の情報記録帯との高さが異なっていても、光スポットが情報記録帯を横断する方向に移動した際、算出されたフォーカス誤差が大きく変化することはない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明を適用した光ヘッドの一例を示す機能ブロック図であり、図２は図１に示す光ヘッドを構成するフォトディテクタを示す正面図であり、図３は光ディスクの情報記録面の一部を拡大して示す部分拡大図である。
【００１８】
図１に示したように、本実施の形態の光ヘッド２は、光ディスク１１４の情報記録面１１６に対向して配設された対物レンズ８を通じて、光ディスク１１４の情報記録面１１６に光を照射し、光ディスク１１４上に光スポットを形成する送光手段４と、送光手段４により照射され、光ディスク１１４により反射された光を対物レンズ８を通じて受光し電気信号に変換して出力する受光手段６とを備える。
【００１９】
対物レンズ８は、受光手段６が出力する電気信号に基づいて光ディスク１１４との間の距離が制御される。なお、対物レンズ８は送光手段４及び受光手段６の一部を構成している。
【００２０】
送光手段４は、図３に示したように、光ディスク１１４上に形成されたランド１０（又はグルーブ１１とその両側に形成されたグルーブ１１（又はランド１０）上にそれぞれ光スポット１２を形成し、受光手段６は、図２に示したように、これらの光スポット１２の反射光をそれぞれ受光する第１乃至第３のフォトディテクタ１４、１６、１８を含んでいる。
【００２１】
光ヘッド２はさらに、第１乃至第３のフォトディテクタ１４、１６、１８がそれぞれ出力する信号により各光スポット１２のフォーカス誤差を算出する第１乃至第３の誤差算出手段２０、２２、２４と、第１乃至第３の誤差算出手段２０、２２、２４がそれぞれ算出したフォーカス誤差を総合してフォーカス誤差を算出する第４の誤差算出手段２６とを含み、第４の誤差算出手段２６が算出したフォーカス誤差にもとづいて対物レンズ８と光ディスク１１４との間の距離がフォーカスサーボ制御される。
【００２２】
図２に示したように、第１乃至第３のフォトディテクタ１４、１６、１８は互いに近接して一列に配列され、それぞれ受光面２８が４分割されて各部分受光面ごとに受光部３０、３２、３４、３６が設けられ、各受光部３０、３２、３４、３６は受光面２８のほぼ中心点を囲んで配設されている。各受光部は、具体的には例えばフォトトランジスタにより形成することができる。ちなみに、従来も非点収差法によりフォーカス誤差信号を生成する場合、３つのフォトディテクタを近接配置したものを用いることがあったが、従来は中央のフォトディテクタのみ受光面が４分割されており、両側のフォトディテクタは、本実施の形態例と異なり、受光面は分割されていなかった。
【００２３】
第１乃至第３の誤差算出手段２０、２２、２４は、それぞれ第１及び第２の加算手段３８、４０と減算手段４２を備え、第１の加算手段３８は、受光部３０、３４の出力信号を加算し、第２の加算手段４０は、受光部３２、３６の出力信号を加算し、減算手段４２は第１及び第２の加算手段３８、４０の加算結果の差を算出する。
【００２４】
また、第４の誤差算出手段２６は、第２及び第３の誤差算出手段２２、２４の減算手段４２による演算結果を加算し、さらに定数を乗じた上で、第１の誤差算出手段２０の減算手段４２による演算結果と加算し、結果を最終的なフォーカス誤差とする。
【００２５】
次に、このように構成された送受光装置２の動作について説明する。
【００２６】
第１のフォトディテクタ１４の受光部３０、３２、３４、３６が出力する信号の大きさ（各受光部が受光した光の強さに対応している）をそれぞれＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤとし、第２のフォトディテクタ１６の受光部３０、３２、３４、３６が出力する信号の大きさをそれぞれＳ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ１Ｃ、Ｓ１Ｄとし、第３のフォトディテクタ１８の受光部３０、３２、３４、３６が出力する信号の大きさをそれぞれＳ２Ａ、Ｓ２Ｂ、Ｓ２Ｃ、Ｓ２Ｄとする。このとき、第１の誤差算出手段２０の第１の加算手段３８による演算結果はＭＡ＋ＭＣであり、第２の加算手段４０の演算結果はＭＢ＋ＭＤとなる。そして、第１の誤差算出手段２０の減算手段４２による演算結果は（ＭＡ＋ＭＣ）−（ＭＢ＋ＭＤ）となる。
【００２７】
また、第２の誤差算出手段２２の第１の加算手段３８による演算結果はＳ１Ａ＋Ｓ１Ｃであり、第２の加算手段４０の演算結果はＳ１Ｂ＋Ｓ１Ｄとなる。そして、第２の誤差算出手段２２の減算手段４２による演算結果は（Ｓ１Ａ＋Ｓ１Ｃ）−（Ｓ１Ｂ＋Ｓ１Ｄ）となる。
【００２８】
さらに、第３の誤差算出手段２４の第１の加算手段３８による演算結果はＳ２Ａ＋Ｓ２Ｃであり、第２の加算手段４０の演算結果はＳ２Ｂ＋Ｓ２Ｄとなる。そして、第３の誤差算出手段２４の減算手段４２による演算結果は（Ｓ２Ａ＋Ｓ２Ｃ）−（Ｓ２Ｂ＋Ｓ２Ｄ）となる。したがって、第４の誤差算出手段２６による演算結果、すなわちフォーカス誤差ｆ．ｅ．は、Ｋを上記定数として次のようになる。
【００２９】
ｆ．ｅ．＝（ＭＡ＋ＭＣ）−（ＭＢ＋ＭＤ）＋Ｋ｛（Ｓ１Ａ＋Ｓ１Ｃ）
−（Ｓ１Ｂ＋Ｓ１Ｄ）＋（Ｓ２Ａ＋Ｓ２Ｃ）
−（Ｓ２Ｂ＋Ｓ２Ｄ）｝  ・・・（１）
【００３０】
図３に示したように、中央の光スポット１２がランド１０上にある場合、上記第１式中の（ＭＡ＋ＭＣ）−（ＭＢ＋ＭＤ）は、ランド１０におけるフォーカス誤差を表している。一方、（Ｓ１Ａ＋Ｓ１Ｃ）−（Ｓ１Ｂ＋Ｓ１Ｄ）及び（Ｓ２Ａ＋Ｓ２Ｃ）−（Ｓ２Ｂ＋Ｓ２Ｄ）は、それぞれランド１０の両側のグルーブ１１におけるフォーカス誤差を表している。
【００３１】
そして、図６に示したように、ｚ＝０では、ランドにおけるフォーカス誤差は正であり、一方、グルーブにおけるフォーカス誤差は、絶対値はほぼ等しく符号は負である。したがって、上記中央の光スポット１２と、両側の光スポット１２との光量差を定数Ｋで調整すれば、ｚ＝０においてフォーカス誤差ｆ．ｅ．が０となるようにできる。
【００３２】
図４はこのようなフォーカス誤差を実測値にもとづいて算出してプロットしたグラフである。図中、曲線４４は上記フォーカス誤差ｆ．ｅ．を示し、曲線４６、４８はそれぞれランド１０およびグルーブ１１からの反射光により算出したフォーカス誤差を示している。グラフの横軸は光ディスク１１４の情報記録面１１６と対物レンズ８との間の距離ｚ（μｍ）を表し、縦軸はフォーカス誤差信号の大きさを表している。なお、距離ｚは、ミラー部に対して最良のフォーカス状態が得られる距離を基準にし、その基準距離からの差の距離を表している。また、縦軸のフォーカス誤差信号の大きさは、ミラー部に対して最良のフォーカス状態が得られた場合の、フォーカス誤差信号の大きさを基準にし、その基準振幅からの差を表している。
【００３３】
図４から分かるように、曲線４６、４８が表すランド１０及びグルーブ１１の場合のフォーカス誤差は、ｚ＝０において０からずれており、大きさがほぼ等しく符号が相互に逆となっている。これに対して曲線４４が表す第１式によるフォーカス誤差ｆ．ｅ．はｚ＝０において０となっており、オフセットが解消されている。そして、中央の光スポット１２がグルーブ１１上にあり、両側の光スポット１２がランド１０上にある場合にも、同様のフォーカス誤差ｆ．ｅ．を得ることができる。
【００３４】
したがって、本実施の形態例では、ランド１０とグルーブ１１との高さが異なっていても、光スポット１２がランド１０及びグルーブ１１を横断する方向に移動した際、算出されたフォーカス誤差が大きく変化することはない。そのため、フォーカスサーボが安定になり、従来のように、最悪の場合にフォーカスサーボが不可能になるといったこともなくなる。そして、フォーカスサーボが安定する結果、光ヘッドを目的のトラックへシークさせた際に、トラックを素早く識別できることからトラッキングの引き込みが早くなり、そのためシークタイムを短縮することができる。また、対物レンズ８のアクチュエータに過電流が流れることに伴って、対物レンズ８の収差特性が悪化したり、アクチュエータのコイルが破壊される虞も解消する。さらに、光スポット１２の位置によりフォーカス誤差信号の振幅変化に差が生じるという問題も解決するので、フォーカスサーボ制御におけるループゲインを従来のように光スポット１２の位置によって切り換える必要がなくなる。その結果、アナログサーボを行う場合はループゲインを決める回路部分は１系統でよくなり、コストダウンとなる。一方、デジタル的にサーボ制御を行う場合には信号処理に時間がかからなくなり、シークタイムを低減させて、情報の記録再生時間に要する時間を短縮することができる。
【００３５】
なお、第１乃至第３の誤差算出手段２０、２２、２４は、アナログ回路及びデジタル回路のいずれによっても構成することができ、さらには両方を用いて構成することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明に係る光ヘッドにおいて、第１乃至第３の誤差算出手段は、第１乃至第３のフォトディテクタがそれぞれ出力する信号により各光スポットのフォーカス誤差を算出し、第４の誤差算出手段は、第１乃至第３の誤差算出手段がそれぞれ算出したフォーカス誤差を総合してフォーカス誤差を算出する。そして、対物レンズと光ディスクとの間の距離は、第４の誤差算出手段が算出したフォーカス誤差に基づいて制御される。このように、本発明では、最終的なフォーカス誤差は、従来のように単一の情報記録帯からの反射光により求めるのではなく、第１の情報記録帯からの反射光と、その両側の第２及び第３の情報記録帯からの反射光に基づいて算出される。したがって、第１の情報記録帯と第２及び第３の情報記録帯との高さが異なっていても、光スポットが情報記録帯を横断する方向に移動した際、算出されたフォーカス誤差が大きく変化することはない。
【００３７】
そのため、フォーカスサーボが安定になり、従来のように、最悪の場合にフォーカスサーボが不可能になるといったこともなくなる。そして、フォーカスサーボが安定する結果、光ヘッドを目的のトラックへシークさせた際に、トラックを素早く識別できることからトラッキングの引き込みが早くなり、そのためシークタイムを短縮することができる。また、対物レンズのアクチュエータに過電流が流れることに伴って、対物レンズの収差特性が悪化したり、アクチュエータのコイルが破壊される虞も解消する。さらに、光スポットの位置によりフォーカス誤差信号の振幅変化に差が生じるという問題も解決するので、フォーカスサーボ制御におけるループゲインを従来のように光スポットの位置によって切り換える必要がなくなる。その結果、アナログサーボを行う場合はループゲインを決める回路部分は１系統でよくなり、コストダウンとなる。一方、デジタル的にサーボ制御を行う場合には信号処理に時間がかからなくなり、シークタイムを低減させて、情報の記録再生時間に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した光ヘッドの一例を示す機能ブロック図である。
【図２】  図１に示す光ヘッドを構成するフォトディテクタを示す正面図である。
【図３】  光ディスクの情報記録面の一部を拡大して示す部分平面図である。
【図４】  フォーカス誤差を実測値に基づいて算出してプロットしたグラフである。
【図５】  非点収差法によりフォーカスサーボ制御を行う送受光装置を構成する光学系の一例を示す構成図である。
【図６】  ランド及びグルーブ上に光スポットを形成して生成したフォーカス誤差信号の大きさを示すグラフである。
【符号の説明】
２  光ヘッド、４  送光手段、６  受光手段、８  対物レンズ、１０  ランド、１１  グルーブ、１２  光スポット、１４  第１のフォトディテクタ、１６  第２のフォトディテクタ、１８  第３のフォトディテクタ、２０  第１の誤差算出手段、２２  第２の誤差算出手段、２４  第３の誤差算出手段、２６  第４の誤差算出手段、２８  受光面、３０  受光部、３２  受光部、３４  受光部、３６  受光部、３８  第１の加算手段、４０  第２の加算手段、４２  減算手段、４４  曲線、４６  曲線、４８  曲線、１０２  半導体レーザ、１０４  コリメータレンズ、１０６  回折格子、１０８  偏向ビームスプリッタ、１１０  １／４波長板体、１１２  対物レンズ、１１４  光ディスク、１１６情報記録面、１１８  集光レンズ、１２０  円筒レンズ、１２２  曲線、１２４  曲線、１２６  曲線。